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Spritzgussverfahren
Das Prinzip der Verstärkung von Kunststoff-Formkörpern durch Einlagerung von Geweben, Fasern u. dgl. oder deren Versteifung durch Rippen- und Wabensysteme ist bekannt. Es war bisher jedoch nicht möglich, derartige Formstücke, insbesondere solche von grosser Oberfläche, im Spritzgussverfahren herzustellen. Bei den heute für thermoplastische Kunststoffe üblichen Spritzgussverfahren wird der geschmolzene Kunststoff mit sehr hohen Geschwindigkeiten, d. h. mit sehr hohen Drücken in eine kalte oder mässig warme Form eingespritzt, um zu vermeiden, dass während des Füllvorganges der Form eine Verfestigung des Kunststoffes durch eine vorzeitige Abkühlung eintritt.
Infolge dieser hohen Einspritzgeschwindigkeiten ist es nicht möglich, den Kunststoff selbst mit ausreichenden Fasermengen zu füllen oder Gewebe u. dgl. vor dem Füllvorgang in die Form einzulegen.
Man hat bereits vorgeschlagen, in die Form lockere Gewebe oder Faserfilze usw. einzulegen und den flüssigen Kunststoff entweder mit Hilfe des Schliessdruckes der Form durch diese Faserfilze hindurchzupressen oder aber mit Hilfe eines in der Mitte der Form angeschlossenen Vakuums vom Formrand her einzusaugen, bzw. in umgekehrter Richtung von der Mitte der Form gegen den Rand der Form einzuspritzen.
Auch diese Verfahren gestatten jedoch nur die Anwendung relativ geringer Fasermengen im Verhältnis zur Kunststoffmenge und die Fasern sind ähnlich wie beim direkten Einspritzen eines Kunststoff-Faser-Ge- misches gleichmässig über den gesamten Querschnitt des Formstückes verteilt. Um jedoch mit einer möglichst geringen Fasermenge eine möglichst grosse mechanische Festigkeit des Formstückes zu erreichen, muss man die Faserversteifung vor allem in die Oberfläche des Pressstückes verlegen.
Nach den bisher bekannten Spritzgussverfahren ist es endlich auch nicht möglich, mit hohen Wabenoder Rippensystemen versteifte, d. h. selbsttragend gemachte Kunststoffflächen herzustellen, denn an den Stellen der Rippen treten Schweisslinie und Bruchstellen auf. Ausserdem zeichnet sich das Verstärkungs- system auf der glatten Oberfläche des Formstückes durch Verformungen ab.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von durch äussere, wabenförmige Rippen oder durch Gewebe- und Fasereinlagen oder durch beide versteiften Formstücken aus Kunstharzen, wobei der zähflüssige Kunststoff in an sich bekannter Weise von einem auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindlichen Punkt eingespritzt wird.
Die Erfindung besteht darin, dass der Kunststoff in die gegebenenfalls mit Gewebebahnen, Faserfilzen usw. ausgelegte Form langsam und bei praktisch konstan- ter Temperatur eingespritzt wird, wobei die Gewebe, Faserfilze usw. vom Kunststoff gegen die Formwandung gedrückt werden ; nach völliger Füllung der Form wird in dem flüssigen Kunststoff durch Nachdrücken von Kunststoff eine Druckerhöhung hervorgerufen, so dass der Kunststoff in die Gewebe- und Faserfilze eindringt, und schliesslich wird der Kunststoff durch Temperaturänderung verfestigt.
Dieses Verfahren gestattet insbesondere die Herstellung von Formstücken von einer beliebig grossen
Oberfläche, die an ihrer Oberfläche durch Gewebe oder durch Rippensysteme oder durch beide verstärkt bzw. versteift sind, unter Anwendung niederer Drücke. Dabei wird im einzelnen folgendermassen vorge- gangen :
Der zähflüssige Kunststoff wird von einem Punkt, der sich auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindet, in die gegebenenfalls mit Geweben, Faserfilzen u. dgl. ausgelegte Form bei praktisch konstanter Temperatur so langsam eingespritzt, dass während des Einspritzvorganges keine Verschiebung der Gewebe u. dgl. in der Fliessrichtung des Kunststoffes erfolgt. Es sind so dichte Gewebe oder Faserfilze zu verwenden, dass der Kunststoff während des Füllvorganges nicht oder nur unwesentlich in diese eindringt.
Die Gewebe werden beim Füllvorgang durch den flüssigen Kunststoff an die Formwandung ange-
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drückt. Sobald der freie Raum in der Form mit dem flüssigen Kunststoff gefüllt ist, tritt als Folge des Widerstandes, den der flüssige Kunststoff nunmehr findet, beim Nachdrücken von Kunststoff eine Drucker- höhung ein. Unter der Wirkung dieses höheren Druckes dringt jetzt der flüssige Kunststoff in die Gewebe, Faserfilze u. dgl. ein und erreicht schliesslich die Formwandung. Dabei werden die Gewebe und Fasern untereinander und mit der Kunststoffüllung verklebt und man erhält schliesslich nach dem Verfestigen des Kunststoffes durch Temperaturänderung ein Formstück mit glatter Oberfläche.
Die Faserverstärkungen befinden sich nicht in seinem Inneren, sondern vorzugsweise an seiner Oberfläche, d. h. gerade dort, wo sie für eine Versteifung des Formstückes am wirksamsten sind.
Die Temperaturänderung des Kunststoffes und damit seine Verfestigung wird in den meisten Fällen durch eine Temperaturänderung der Form erreicht. Bei Verwendung von heiss härtbaren Giessharzen, z. B. von ungesättigten Polyesterharzen wird die Form erwärmt, bei Verwendung von thermoplastischen Kunstharzen wird die Form zur Verfestigung des flüssigen Kunststoffs abgekühlt.
Besitzt eine der beiden Formhälften ein Rillensystem, das nach dem Füllen der Form mit Kunststoff ein verstärkendes Rippensystem ergibt, so wird die Verfestigung des Kunststoffes zuerst von der glatten Seite des Formstückes her durch Erwärmen oder Abkühlen der mit dieser in Berührung stehenden Formhälfte eingeleitet. Erst wenn sich auf der glatten Seite eine genügend dicke, feste Kunststoffschicht gebildet hat, so dass keine Verformungen infolge desMaterialschwundes bei der Verfestigung mehr auftreten können, wird auch die Verfestigung des Kunststoffes von der"Rippenseite"des Formstückes her durch Abkühlen bzw. Erwärmen der zweiten Formhälfte eingeleitet. Es ist zweckmässig, während des Verfestigungsvorganges Kunststoff in die Form nachzudrücken.
Bei dieser Arbeitsweise treten an den Formstücken weder Schweisslinien noch Verformungen an den Stellen der Rippen auf, wie man sie erhalten würde, wenn man derartige Formstücke nach den üblichen HocbdrLjkspritzguss-Verfahren herstellt.
Die zur Bildung der Rippen in der Form vorgesehenen Rillen erleichtern die gleichmässige Verteilung des Kunststoffes über die gesamte Fläche des'Formstückes, was sich insbesondere dann als günstig erweist, wenn gleichzeitig auch Gewebeeinlagen zur Verstärkung des Formstückes verwendet werden.
Das vorliegende Verfahren benötigt in den meisten Fällen, um wirtschaftlich arbeiten zu können, eine Form mit möglichst geringer Wärmekapazität, die'einen sehr schnellen Temperaturwechsel an ihren Formschalen zulässt. Die das Heiz- bzw. Kühlmittel führenden Kanäle sollen möglichst gleichmässig und in möglichst grosser Zahl und in geringem und annähernd gleichem Abstand vom Kunststoff über die gesamte Formoberfläche verteilt sein.
Da die Gewebe und Faserfilze eine direkte Berührung des flüssigen Kunststoffes mit der Formwandung während des Füllvorganges verhindern und als Isolierschicht wirken, ist der Wärmeaustausch zwischen Formwandung und Kunststoff während des Füllvorganges der Form durch die Gewebe und Faserfilze hindurch nur sehr gering ; ist der Kunststoff also allseitig durch Gewebe, Faserfilze u. dgl. während des Füllvorganges gegen die Formwandung abisoliert, so wird er seine Temperatur während des Füllvorganges auch dann nur wenig ändern, wenn seine Temperatur von der der Formwandung verschieden ist. In die- sem Fall ist es also häufig nicht notwendig,-die Temperatur der Form während des Pressvorganges zu wechseln, es kann also mit den üblichen für konstante Temperaturen gebauten Formen gearbeitet werden.
Diese Arbeitsweise ist insbesondere bei der Verarbeitung von heiss härtbaren Giessharzen vom Typ der un- gesättigten Polyester vorteilhaft.
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stücken, insbesondere von solchen mit grossen Oberflächen, die durch Gewebeeinlagen u. dgl. und bzw. oder durch Rippen- und Wabensysteme verstärkt bzw. versteift sind, in einem Niederdruckspritzgussverfahren. Derartige Formstücke haben ein besonderes Interesse als Bauelement für Autokarosserien, für Flugzeuge, für den Wohnungsbau, für Möbel usw.
Die Ausführung des Verfahrens wird im folgenden an Hand einiger Beispiele und Skizzen erläutert : Fig. l zeigt im Axialschnitt zwei Formhälften und zwei Schichten eines verformbaren Gewebes, die in einen Rahmen eingespannt sind. Fig. 2 zeigt im Axialschnitt die geschlossene Form und die Gewebe vor dem Einbringen des Kunststoffes. Fig. 3 zeigt im Axialschnitt die geschlossene Form und die Gewebe nach dem Einbringen des Kunststoffes. Fig. 4 zeigt einen Axialschnitt durch das Formstück. Fig. 5 zeigt im Axialschnitt die beiden Formhälften, sowie die in die Form eingelegten Gewebe und Stränge aus Glasfasern. Fig. 6 zeigt im Axialschnitt die Form von Fig. 5 in geschlossenem Zustand. Fig. 7 zeigt im Axialschnitt die Form von Fig. 5 nach dem Einbringen des Kunststoffes.
Fig. 8 zeigt in perspektivischer Darstellung einen Ausschnitt aus einem Formstück, das. nach der in Fig. 5 - 7 dargestellten Arbeitsweise hergestellt wurde.
Beispiel l : Zwei formbare Glasfasergewebe l und l* (Fig. l) werden auf einem Rahmen 2 und 2' befestigt. Die Form befindet sich auf einer Temperatur von etwa 1300. Mit Hilfe der Rahmen 2 und 2"
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werden die Glasgewebe 1 und l* zwischen die beiden Formhälften 3 und 3'gebracht. Die Form wird sodann geschlossen (Fig. 2), wobei die Gewebebahnen 1 und l* durch die Auflageränder der Form eingespannt werden.
Das flüssige Polyesterharz, das seinen Härter bereits enthält und das etwa Raumtemperatur besitzt, wird nach Entfernung der Rahmen 2 und 2'zwischen die formbaren Gewebebahnen 1, l* durch die Düse 4, 4'so langsam eingeführt, dass sich die Gewebebahnen l und l'in der Fliessrichtung nicht verschieben. Infolge des geringen Druckes und der relativ hohen Viskosität des Kunststoffes dringt dieser nicht in die Gewebebahnen 1 und l'ein, sondern schiebt sich zwischen diesen hindurch, indem er sie gegen die Formwandung drückt. Sobald auf diese Weise eine vollkommene Füllung des Zwischenraumes zwischen den Gewebebahnen erreicht ist, bildet sich in der Form ein Gegendruck aus, so dass der Einspritzdruck zur Wirkung kommt.
Dadurch wird der noch immer flüssige Kunststoff in die Gewebebahnen hineingedrückt, die Fasern werden gegenseitig verklebt und der Kunststoff kommt mit der heissen Formwandung in Berührung. Dadurch wird die Härtung des Formstückes eingeleitet (Fig. 3). Sobald das Formstück eine ausreichende Formstabilität hat, wird ausgeformt und der Härtungsvorgang in einem Wärmeschrank zu Ende geführt. Die aus dem Formstück hervorstehenden Gewebeteile werden schliesslich abgeschnitten. Fig. 4 stellt einen Teil des Pressstückes dar. Die beiden Seiten 7, 7'sind aus glasfaserverstärktem Kunststoff, während die Mitte 6 aus reinem Kunststoff besteht.
Beispiel 2 : Um dasFormstückdurch einRippensystem zu versteifen, muss eine Formhälfte 8 (Fig. 5) ein diesem entsprechendes Rillensystem besitzen. Auf die untere Formhälfte 8'wird eine Glasfasermatte 9 und ein dünnes, formbires Glasfasergewebe 10 gelegt. In die Rillen der oberen Formhälfte 8 sind Gewebestränge 12 eingelegt. Nach dem Schliessen der Form befinden sich beide Formhälften 8 und 8' (Fig. 6) auf einer Temperatur oberhalb der Schmelztemperatur des Kunststoffes. Hierauf wird geschmolzenes, zähflüssiges Polystyrol langsam in die Form eingeführt, wobei sowohl die Fasermatte 9 und das formbare Fasergewebe 10 wie auch die Gewebestränge 12 gegen die entsprechenden Formhälften 8 und 8'gedrückt werden.
Sobald der gesamte Hohlraum zwischen Formschale und Geweben mit Kunststoff gefüllt ist, dringt dieser durch den sich nunmehr ausbildenden Druck senkrecht zur Fliessrichtung während der Füllung in das Fasermaterial ein und verklebt auf diese Weise die Fasern untereinander (Fig. 7).
Sobald'auf diese Weise die Form vollkommen gefüllt ist, wird ihre untere Hälfte S'zuerst gekühlt, so lange bis die sie berührende Kunststoffoberfläche soweit erhärtet ist, dass Schrumpfstellen auf dieser Seite des Formstückes sich nicht mehr bilden können. Erst dann wird die andere Formhälfte gekühlt, so dass das Formstück ausgeformt werden kann. Während des Erhärtungs- d. h. Abkühlungsvorganges wird flüssiger Kunststoff nachgerückt. Fig. 8 zeigt einen Teil des fertigen Pressstückes, das nur in den Aussenschichten glasfaserverstärkt ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Spritzgussverfahren zur Herstellung von durch äussere, wabenförmig angeordnete Rippen oder durch Gewebe-und Fasereinlagen oder durch beide versteifte Formstücke aus Kunstharzen durch Einspritzen des zähflüssigen Kunststoffes von einem Punkt, der sich auf der Berührungslinie der beiden Formhälften befindet, dadurch gekennzeichnet, dass in die gegebenenfalls mit Gewebebahnen, Faserfilzen usw. ausgelegte Form der zähflüssige Kunststoff langsam und bei praktisch konstanter Temperatur eingespritzt wird, wobei die Gewebe, Faserfilze usw.
vom Kunststoff gegen die Formwandung gedrückt werden und dass nach völliger Füllung der Form in dem flüssigen Kunststoff eine Druckerhöhung hervorgerufen wird, so dass der Kunststoff in die Gewebe und Faserfilze eindringt und dass er schliesslich durch Temperaturänderung verfestigt wird.
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Injection molding process
The principle of reinforcement of plastic moldings by embedding tissues, fibers and. Like. Or their stiffening by rib and honeycomb systems is known. Up to now, however, it has not been possible to manufacture such shaped pieces, in particular those with a large surface, by injection molding. In the injection molding processes commonly used today for thermoplastics, the molten plastic is processed at very high speeds, i. H. injected at very high pressures into a cold or moderately warm mold in order to prevent the plastic from solidifying due to premature cooling while the mold is being filled.
As a result of these high injection speeds, it is not possible to fill the plastic itself with sufficient amounts of fiber or fabric and the like. Like. To insert into the mold before the filling process.
It has already been proposed to insert loose tissue or fiber felts etc. into the mold and either to press the liquid plastic through these fiber felts using the closing pressure of the mold or to suck it in from the edge of the mold using a vacuum connected in the center of the mold Inject in reverse direction from the center of the mold towards the edge of the mold.
However, these methods also only allow the use of relatively small amounts of fibers in relation to the amount of plastic, and the fibers are evenly distributed over the entire cross-section of the molded piece, similar to the direct injection of a plastic-fiber mixture. However, in order to achieve the greatest possible mechanical strength of the molded piece with the smallest possible amount of fiber, the fiber reinforcement must primarily be laid in the surface of the pressed piece.
According to the previously known injection molding processes, it is finally not possible to use high honeycomb or rib systems to make stiffened, i.e. H. To produce self-supporting plastic surfaces, because weld lines and breaks occur at the points of the ribs. In addition, the reinforcement system can be seen on the smooth surface of the molded part through deformations.
The invention relates to a method for producing outer, honeycomb ribs or fabric and fiber inserts or both stiffened molded pieces made of synthetic resins, the viscous plastic being injected in a known manner from a point on the line of contact between the two mold halves .
The invention consists in that the plastic is injected slowly and at a practically constant temperature into the mold, optionally designed with fabric webs, fiber felts, etc., the fabric, fiber felts, etc. being pressed by the plastic against the mold wall; After the mold has been completely filled, the pressure in the liquid plastic is increased by pressing down plastic, so that the plastic penetrates the fabric and fiber felts, and finally the plastic is solidified by a change in temperature.
This method allows in particular the production of fittings of any size
Surface that is reinforced or stiffened on its surface by fabric or by rib systems or by both, using low pressures. The procedure is as follows:
The viscous plastic is from a point located on the line of contact between the two mold halves, in which, if necessary, with fabrics, fiber felts and. Like. Designed shape is injected so slowly at a practically constant temperature that no shifting of the tissue and the like during the injection process. Like. Takes place in the flow direction of the plastic. Dense fabrics or fiber felts are to be used so that the plastic does not penetrate or only slightly penetrates into them during the filling process.
During the filling process, the tissues are attached to the mold wall by the liquid plastic.
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presses. As soon as the free space in the mold is filled with the liquid plastic, a pressure increase occurs as a result of the resistance that the liquid plastic now encounters when the plastic is pushed down. Under the effect of this higher pressure, the liquid plastic now penetrates the fabric, fiber felt and the like. Like. And finally reaches the mold wall. The fabric and fibers are glued to one another and to the plastic filling and, after the plastic has solidified, a shaped piece with a smooth surface is obtained by changing the temperature.
The fiber reinforcements are not located in its interior, but preferably on its surface, i. H. precisely where they are most effective for stiffening the fitting.
The change in temperature of the plastic and thus its solidification is achieved in most cases by changing the temperature of the mold. When using hot-curable casting resins such. B. of unsaturated polyester resins, the mold is heated, when using thermoplastic resins, the mold is cooled to solidify the liquid plastic.
If one of the two mold halves has a system of grooves which, after filling the mold with plastic, results in a reinforcing rib system, the solidification of the plastic is first initiated from the smooth side of the molded piece by heating or cooling the mold half in contact with it. Only when a sufficiently thick, firm plastic layer has formed on the smooth side, so that no more deformations can occur due to the material shrinkage during solidification, the solidification of the plastic from the "rib side" of the molded piece is also achieved by cooling or heating the second Mold half initiated. It is advisable to push plastic into the mold during the solidification process.
With this method of operation, neither weld lines nor deformations at the points of the ribs occur on the fittings, as would be obtained if such fittings are produced using the usual high-pressure injection molding process.
The grooves provided to form the ribs in the mold facilitate the uniform distribution of the plastic over the entire surface of the molded piece, which is particularly advantageous when fabric inserts are also used to reinforce the molded piece.
In most cases, in order to be able to work economically, the present process requires a mold with the lowest possible heat capacity, which allows a very rapid temperature change on its mold shells. The channels carrying the heating or cooling medium should be distributed as uniformly as possible and in the greatest possible number and at a small and approximately equal distance from the plastic over the entire surface of the mold.
Since the fabric and fiber felts prevent direct contact of the liquid plastic with the mold wall during the filling process and act as an insulating layer, the heat exchange between the mold wall and plastic during the process of filling the mold through the fabric and fiber felts is very low; So the plastic is covered on all sides by fabric, fiber felts and the like. Like. Stripped from the mold wall during the filling process, it will change its temperature only slightly during the filling process, even if its temperature is different from that of the mold wall. In this case it is often not necessary to change the temperature of the mold during the pressing process, so the usual molds built for constant temperatures can be used.
This procedure is particularly advantageous when processing hot-curable casting resins of the unsaturated polyester type.
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pieces, especially those with large surfaces that are caused by fabric inserts and. Like. And or or are reinforced or stiffened by rib and honeycomb systems, in a low-pressure injection molding process. Such fittings are of particular interest as a component for car bodies, for aircraft, for housing, for furniture, etc.
The execution of the method is explained below with the aid of a few examples and sketches: FIG. 1 shows, in axial section, two mold halves and two layers of a deformable fabric which are clamped in a frame. Fig. 2 shows in axial section the closed form and the fabric before the introduction of the plastic. Fig. 3 shows in axial section the closed form and the fabric after the introduction of the plastic. Fig. 4 shows an axial section through the shaped piece. Fig. 5 shows in axial section the two mold halves, as well as the fabric and strands made of glass fibers inserted into the mold. Fig. 6 shows in axial section the shape of Fig. 5 in the closed state. Fig. 7 shows in axial section the shape of Fig. 5 after the introduction of the plastic.
FIG. 8 shows a perspective illustration of a detail from a molded piece which was produced according to the method of operation shown in FIGS. 5-7.
Example 1: Two formable glass fiber fabrics 1 and 1 * (Fig. 1) are attached to a frame 2 and 2 '. The mold is at a temperature of around 1300. With the help of frames 2 and 2 "
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the glass fabrics 1 and 1 * are brought between the two mold halves 3 and 3 '. The mold is then closed (FIG. 2), the fabric webs 1 and 1 * being clamped in by the support edges of the mold.
The liquid polyester resin, which already contains its hardener and which is at around room temperature, is introduced between the formable fabric webs 1, 1 * through the nozzle 4, 4 'after the frames 2 and 2' have been removed through the nozzle 4, 4 'so slowly that the fabric webs 1 and 1 are introduced 'Do not move in the flow direction. As a result of the low pressure and the relatively high viscosity of the plastic, it does not penetrate into the fabric webs 1 and 1 ', but rather pushes between them by pressing them against the mold wall. As soon as the space between the fabric webs is completely filled in this way, a counter pressure is created in the mold, so that the injection pressure takes effect.
As a result, the plastic, which is still liquid, is pressed into the fabric webs, the fibers are glued together and the plastic comes into contact with the hot mold wall. This initiates the hardening of the molding (Fig. 3). As soon as the molding has sufficient dimensional stability, it is molded and the hardening process is completed in a heating cabinet. The pieces of tissue protruding from the molding are then cut off. Fig. 4 shows a part of the pressing piece. The two sides 7, 7 'are made of glass fiber reinforced plastic, while the middle 6 consists of pure plastic.
Example 2: In order to stiffen the shaped piece by means of a rib system, a mold half 8 (Fig. 5) must have a groove system corresponding to this. A glass fiber mat 9 and a thin, formbires glass fiber fabric 10 are placed on the lower mold half 8 ′. Strands of fabric 12 are inserted into the grooves of the upper mold half 8. After the mold is closed, both mold halves 8 and 8 '(FIG. 6) are at a temperature above the melting temperature of the plastic. Melted, viscous polystyrene is then slowly introduced into the mold, both the fiber mat 9 and the formable fiber fabric 10 as well as the fabric strands 12 being pressed against the corresponding mold halves 8 and 8 '.
As soon as the entire cavity between the shell mold and the fabric is filled with plastic, it penetrates the fiber material perpendicular to the direction of flow during the filling due to the pressure that is now developing and in this way bonds the fibers to one another (FIG. 7).
As soon as the mold is completely filled in this way, its lower half is first cooled until the plastic surface in contact with it has hardened to such an extent that shrinkage points can no longer form on this side of the molding. Only then is the other half of the mold cooled so that the molded part can be molded. During the hardening d. H. The cooling process is followed by liquid plastic. Fig. 8 shows a part of the finished pressing piece, which is glass fiber reinforced only in the outer layers.
PATENT CLAIMS:
1. Injection molding process for the production of by outer, honeycomb-shaped ribs or by fabric and fiber inserts or by both stiffened molded pieces made of synthetic resins by injecting the viscous plastic from a point located on the line of contact of the two mold halves, characterized in that in the If necessary, the form of the viscous plastic, lined with fabric webs, fiber felts, etc., is injected slowly and at a practically constant temperature, the fabric, fiber felts, etc.
are pressed by the plastic against the mold wall and that after the mold is completely filled in the liquid plastic, a pressure increase is caused so that the plastic penetrates the fabric and fiber felts and that it is finally solidified by a change in temperature.
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